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Dédicace A mes chers parents qui m’ont toujours apportée amour, sacrifices, soutien, encouragement et réconfort. Rien au monde ne pourrait compenser tous les sacrifices qu’ils ont consentis pour mon éducation et ma réussite afin que je puisse atteindre et réaliser mes objectifs. Aucune dédicace ne saurait exprimée ma reconnaissance, mon grand attachement et mon profond amour. Que ce modeste travail soit pour eux le fruit de tous leurs efforts et leurs nobles sacrifices. A mes sœurs et mes frères, avec tous mes vœux de les voir réussir dans leurs vies. A tous les membres de ma famille sans exception. A tous mes amis, à qui je souhaite le succès. A toutes les personnes qui ont participées à l’élaboration de ce projet. Si ce modeste projet mérite une valeur, je le dédie à toutes ces personnes.
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Remerciements En premier lieu, je tiens à remercier ALLAH, le tout puissant, qui m’a donné la force d’accomplir ce modeste projet. Au terme de ce stage, je tiens à remercier vivement Monsieur le chef de Production Utilités et Sulfurique monsieur EL MESNAOUI pour la confiance qu’il m’a témoignée en m’a accordant un stage de quatre mois au sein du service production de l’acide sulfurique. Je tiens aussi à témoigner ma profonde gratitude et mes vifs remerciements à Monsieur Mohamed ATTIAT ALLAH pour son encadrement, ses conseils et son aide. Mes remerciements vont également à Monsieur Mohammed BEN KAMOUN le directeur conseiller auprès du président directeur général du groupe OCP, et Monsieur BENAZZOUZ, pour la sympathie qu'il m'a témoignée. Je n’oublie pas de remercier tous les agents de service de production d’acide sulfurique de la division MAROC PHOSPHORE II qui m’ont aidé soit de près ou de loin et surtout Messieurs SAISSI, JEDDOU, EL HAOUZI, RONDA, ZAANOUN, el QANI … C’est aussi un devoir et un plaisir d’exprimer mon amitié et ma reconnaissance à tous mes amis et collègues de la promotion qui m’ont soutenu moralement tout au long de mon stage en particulier Rajae, Nabila et Rideouane et à toutes les personnes qui m’ont prodiguées leur aide de prés ou de loin.
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Introduction générale Le procédé de fabrication de l‟acide sulfurique occupe une place très importante dans l‟industrie de transformation des phosphates au Maroc : il permet de produire l‟acide pour la réaction d‟élaboration de l‟acide phosphorique, d‟une part, et de produire une grande partie de l‟énergie nécessaire au fonctionnement du complexe chimique d‟autre part. Par conséquent, les performances de toute la division sont principalement liées à celles de l‟atelier sulfurique. Le présent travail consiste à élaborer une étude pour l‟optimisation des performances de l‟atelier sulfurique rendant compte des principaux phénomènes décrivant de façon fiable la production des trois unités de l‟atelier sulfurique, Les travaux effectués et les résultats obtenus font l‟objet du présent rapport comportant quatre chapitres :
Le premier chapitre sera consacré à la description de l‟organisme d‟accueil ;
Le deuxième chapitre exposera le procédé de fabrication de l‟acide sulfurique ainsi que les différents équipements sulfuriques ;
Le troisième chapitre va mettre l‟accent sur l‟étude de l‟impact de perte en vitesse sur les performances de l‟atelier sulfurique ;
Et en fin, le dernier chapitre présente le bilan matière de l‟atelier de production d‟acide sulfurique.
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CHAPITRE I : PRESENTATION DE L’ORGANISME D’ACCUEIL
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I. Présentation du groupe office chérifien de phosphate I.1 Historique En 1912, le Maroc se rendit compte de ses richesses en phosphates, puis ce en février 1921 il a commencé ses exploitations effectives. Afin protéger ses richesses nationales, la publication du dahir du 27 janvier 1920 attribué à l‟Etat Marocain tous les droits de recherche, d‟exploitation et de commercialisation de son phosphate. La création de l‟opérateur national a été promulguée dans le dahir du 7 août 1920. Une année plus tard, l‟exploitation effective du phosphate commença au gisement d‟Ouled Abdoun. La mise en exploitation du gisement de Gantour n‟a commencé que 10 plus tard. Le deuxième centre d‟exploitation minière était celui de Youssoufia, appelé anciennement « Louis Gentil » en 1931, et dont les premières expéditions ont débuté en 1933. A partir des années 60, et afin de répondre au marché international tout en développant une industrie locale du phosphate, l‟OCP s‟est intéressé à la valorisation locale du produit et à sa transformation en acide phosphorique et en engrais avant son exportation. En 1979, l‟OCP a commencé l‟exploitation de la nouvelle zone minière : le centre de BENGUERIR. Actuellement, le Groupe OCP occupe une place importante tant au niveau national qu‟international et joue un rôle important sur le plan économique du pays. Il fût le premier exportateur mondial du phosphate selon toutes ses formes.
I.2
Activités du Groupe O.C.P
Le Groupe OCP s‟intéresse à l‟exploitation de la première richesse du Royaume à savoir le phosphate. Son activité est axée essentiellement sur l‟extraction, le traitement et la commercialisation du phosphate, ainsi que les produits dérivés. Le phosphate provient des sites de Khouribga, Benguérir, Youssoufia et Boucraâ-laâyoune. Selon les cas, le minerai subit une ou plusieurs opérations de traitement (criblage, séchage, calcination, enrichissement à sec…). Une fois traité, il est exporté tel quel à l‟étranger ou bien livré aux industries chimiques du groupe à Jorf Lasfar ou à Safi, pour être transformer en produits dérivés commercialisables (acide phosphorique de base, acide phosphorique purifié et engrais solides).
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I.3. Localisation géographique Le groupe est présent dans cinq zones géographiques du pays dont trois sites d‟exploitation minière Khouribga, Benguérir/Youssoufia, Boucraâ/Laâyoune et deux sites de transformation chimiques : Safi et Jorf Lasfar.
Figure 1 : Carte géographique des sites miniers distribués sur le royaume.
II- Présentation du Maroc Phosphore de Safi II.1. Introduction Ce complexe chimique Maroc phosphore de Safi fait partie du groupe OCP, et il est considéré comme l‟une des plus grandes plates-formes de fabrication de l‟acide phosphorique dans le monde. Il est situé au sud ouest de la ville de Safi et à environ 10 Km. Cet emplacement est justifié par deux raisons :
La présence d‟une voie ferrée permettant l‟approvisionnement en phosphate brut à partir de Youssoufia et Benguérir ainsi qu‟une ligne ferroviaire avec le port de Safi ;
La proximité de la côte atlantique pour l‟utilisation de l‟eau de mer en tant que fluide réfrigérant.
II.2 Organigramme du site Maroc Phosphore Safi L‟organigramme du Maroc phosphore de Safi se présente sous la forme suivante.
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Site de Safi Mr BOUDANGA
Ressources Humaines Mr CHBIHI-MOUKIT
Développement Durable Mr SADIK Support Mr ADERDOUR
Maroc Chimie Mr BELMIR
Maroc Phosphore 1 Mr MAHROU Moyens Logistiques Mr ABOUZAHIR
Maroc Phosphore 2 Mr JEBRIL
Port et Coordination Mr BOUCHAOUIR
Figure 2 : Organigramme du site Maroc Phosphore de Safi.
Le complexe Maroc Phosphore de Safi regroupe les directions suivantes :
A.
Direction Maroc Chimie
Depuis le début de 1996, Maroc chimie est une grande patiente du Maroc phosphore I et II à Safi. Cette division peut produire 270 000 t/a P204 d‟acide phosphorique, 500 000 t/a de superphosphate triple (TSP), 80 000 t/a d‟engrais binaire consommé localement (19.38.0) et 250 000 t/a d‟engrais NPK (14.28.14) dont l‟installation vient d‟être arrêté à cause de l‟état du circuit d‟ammoniaque traversant la ville.
B.
Direction Maroc Phosphore I
Cette division assure à la fois la production de l‟acide phosphorique qui est destiné essentiellement à l‟exploitation, et un engrais MAP (Phosphore Mono Ammoniac) dont une partie est consommée au niveau du marché national. La division Maroc phosphore I regroupe quatre ateliers de production: Atelier sulfurique : produisant de l‟acide sulfurique ; Atelier phosphorique : assurant la production de l‟acide phosphorique à partir de l‟acide sulfurique et du phosphate broyé ; Atelier d‟engrais : produisant le MAP sec et humide à partir de l‟ammoniaque et de l‟acide phosphorique qui est mis hors service pour les mêmes raisons que l‟atelier NPK
C. Direction maintenance centralisée de Safi GHARIB SAMIRA
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Son but c‟est la maintenance et l‟entretien des installations de production, ainsi que la logistique et gestion des stocks.
D. Direction sociale Administrative de Safi Elle comprend tous les services fonctionnels ayant pour objet de soutenir les services opérationnels en matière de disponibilité de l‟information. Outre ses services fonctionnels rattachés à la direction tels que : Le département d‟étude économique et contrôle de gestion, Le département logistique et achat décentralisé (étude des besoins, achat du matériel, pièces de rechange et lancement des marchés), Le département d‟étude et de planification (analyse chimique, gestion de la matière première et produit fin à l‟export). Le département d‟amélioration technique (projet et amélioration des installations), Et enfin le département qualité, sécurité et l‟environnement.
E. Direction infrastructure de Safi Cette division est située au niveau du port, et a pour activité le déchargement des matières premières et le chargement des phosphates
ainsi que
ses dérivés destinés à
l‟exportation.
F. Direction Maroc Phosphore II III. Présentation du Maroc Phosphore II « MP II »
III.1. Introduction Le complexe
Maroc Phosphore II, était mis en service en 1981, destiné à la
production de l‟acide phosphorique clarifié, avec une capacité de 480.000 T P2O5/an.
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III.2.
Organigramme de MPII Maroc phosphore II JEBRIL
Responsable QSE JEBRANE
Maintenance
Production CHAKIR
SBAITI
Génie Civil AIT BAHSSOU
Production Utilités & Sulfurique EL MESNAOUI
Production Phosphorique MOURCHID
Ingénieur Process Utilités(AKHAIAT ) Ingénieur Process Sulfurique
Ingénieur Process Phosphorique (ABOU EL FAOUARIS) Ingénieur Process Traitement ACP (ERRAIS)
Production Laverie JNAH Ingénieur Process Laverie
Bureau de Méthodes ESSAGAOUI Ingénieur Maintenance Mécanique Ingénieur Electrique Instrumentation
Mécanique CHAHID HESBAHI
Electrique et Instrumentation AIMANE
Ingénieur Maintenance Mécanique Utilités Sulfuriques Ingénieur Maintenance Mécanique Phosphorique (ANAYNYAA) Ingénieur Maintenance Mécanique Laverie
Ingénieur Electrique Instrumentation Utilités sulfuriques (EL HIJRI) Ingénieur Electrique Instrumentation Phosphorique (AL KADI AL OUAHABI) Ingénieur Electrique Instrumentation Laverie
Figure 3 : Schéma montrant l’organigramme de MP II.
III.3 Diagramme du fonctionnement du Complexe MP II Cette division est composée de quatre ateliers de production, on peut citer : L‟atelier sulfurique, L‟atelier de lavage de phosphate, L‟atelier phosphorique, Et enfin l‟atelier énergie et fluides (Centrale, Traitement d‟eau douce et pompage d‟eau de mer). Le schéma suivant représente les différentes étapes du traitement du phosphate brut ainsi que le circuit de production de l‟acide sulfurique 98% et l‟acide phosphorique à 54% en P2O5 au sien du complexe MP II. GHARIB SAMIRA
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Figure 4 : Schéma de circuit de production au niveau de MP II.
Atelier de l’acide sulfurique
L‟atelier de l‟acide sulfurique du Maroc Phosphore II (MP II) comprend trois lignes identiques A, B et C de capacité de production unitaire 1750 t/j d‟acide sulfurique concentré à 98,5 % selon le procédé simple d‟absorption “MONSANTO“. Il assure en outre la production de la vapeur à haute pression (57 bar à 490°C) à partir des chaudières de récupération. La production de l‟acide sulfurique 98,5 % subit une dilution pour atteindre la valeur de 84% qui est nécessaire pour la fabrication de l‟acide phosphorique.
Atelier de l’acide phosphorique
L‟atelier phosphorique de la division MP II a été conçu selon le procédé NISSAN et permet la production de l‟acide phosphorique titrant à 54% en P2O5. Il est constitué de trois lignes A, B et C de réactions et six lignes de concentrations A, B, C, D, F et H. Chaque ligne de réactions est approvisionnée en phosphate issu de la laverie et en acide sulfurique issu de l‟atelier sulfurique. Sa production et de 1500 t /j de P2O5.
Atelier énergie et fluides
L‟atelier énergie et fluides est constitué des unités suivantes: Unité de traitement d‟eau douce, GHARIB SAMIRA
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Station de pompage d‟eau de mer, Et une centrale thermoélectrique. Cet atelier permet d‟alimenter le complexe par les besoins nécessaires, comme: Les différents qualités de l‟eau : eau filtrée, eau déminéralisée, eau désilicée, eau alimentaire et eau de mer ; La vapeur moyen pression MP, L‟air comprimé ; Et l‟énergie électrique fournie par deux groupes turboalternateurs.
Atelier laverie
L‟atelier laverie de MP II comprend cinq secteurs, on peut citer : Le secteur de déchargement du phosphate ; Le secteur de manutention du phosphate brut ; Le secteur des lignes de lavage ; Le secteur de manutention du phosphate lavé ; Et le secteur de mise à terril.
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CHAPITRE II : DESCRIPTION DU PROCEDE DE FABRICATION DE L’ACIDE SULFURIQUE
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I. Généralités I.1 Aperçu général sur le soufre Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16. C‟est un non-métal multivalent abondant, inodore, insipide, et insoluble dans l‟eau. Le soufre est surtout connu sous la forme de cristaux jaunes et se trouve dans beaucoup de minéraux (sulfure et sulfate) et même sous forme native, particulièrement dans les régions volcaniques. L‟essentiel du soufre exploité est cependant d‟origine sédimentaire.
I.1.1 Existence et préparation Le soufre existe sous plusieurs formes dans la nature : - A l'état natif dans les terrains volcaniques et certaines terres sédimentaires (Louisiane, Texas). - Extrait à partir des sulfures : H2S (15% du gaz de Lacq), FeS2 (pyrites), ZnS (blende), PbS (galène) et des sulfates (anhydrite ou gypse CaSO4). Pour extraire le soufre natif (Calcacaroni en Sicile), on fait des meules de soufre de 4 m de haut, on y met le feu, le soufre fond et coule. Il est alors récupéré en lingots. Le soufre est récupéré aussi à partir du gaz naturel : H2S est brûlé en SO2, puis SO2 réagit avec H2S pour donner du soufre : SO2 + 2H2S
3 S + 2H2O
I.1.2 Propriétés physiques et variétés allotropiques Le soufre est un très mauvais conducteur de la chaleur et de l'électricité, d'où le ”cri du soufre” lorsque l'on plonge un canon de soufre dans de l'eau bouillante. Il s'électrise par frottement : c'est un diélectrique. Il existe plusieurs variétés allotropiques de soufre : Le soufre : octaédrique, rhomboédrique ; sa masse volumique vaut 2060 kg.m-3. Le soufre : clinorhombique, en aiguilles ; sa masse volumique vaut 1960 kg.m-3. L'équilibre entre le Sα et le Sβ est pratiquement athermique ; son enthalpie vaut 0,38 kJ/mol. C'est un équilibre monovariant. Comme l'enthalpie est positive, la forme est stable à température élevée. Du soufre, dissous dans le sulfure de carbone CS2, après évaporation de GHARIB SAMIRA
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celui-ci, cristallise en octaèdres jaunes : Sα ; mais du soufre fondu et refroidi lentement cristallise tout d'abord sous forme d'aiguilles brunes. Par chauffage lent, la température de transition de Sα en Sβ est de 95,5°C sous 1 bar. La température de fusion de la forme est 119°C. Mais la transformation en est très lente, et, si l'on élève rapidement la température, le soufre n'a pas le temps de se transformer en soufre β et fond à 112,8°C sous 1 bar. A 119°C, le soufre est un liquide jaune clair très mobile. Sa viscosité va encore diminuer si l'on chauffe jusqu'à 155°C. C'est le soufre λ formé, comme les deux phases solides précédentes de molécules S8 cycliques : Si la température dépasse 160°C, le liquide devient de plus en plus visqueux et noircit. Le maximum de viscosité est atteint à 190°C.
Figure 5 : Viscosité de soufre en fonction de la température.
I.1.3 Importation du soufre solide Le soufre solide est importé soit naturel de la Pologne et l‟Ukraine soit artificiel de l‟Arabie Saoudite, États-Unis et Kuwait.
I.1.4 Fusion et filtration du soufre A. Station de déchargement Le soufre chargé dans les wagons et par voie ferrée jusqu‟au Maroc phosphore I livré dans une station de déchargement. Le soufre déchargé est transporté aux trémies intermédiaires, ces derniers sons vidés par des ouvertures équipés de volets d‟opération pour couper l‟alimentation en cas d‟arrêt. GHARIB SAMIRA
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Pour la neutralisation de l‟acide du soufre, deux doseurs son placés au dessus de la bande principale qui amène le soufre vers les quatre trémies alimentant les fondoirs. La réaction de neutralisation:
H2SO4 + CaO
CaSO4+ H2O
Elle a une capacité nominale de 402T/h, elle est constituée de 4 fondoirs. Le fondoir à soufre à une forme cylindrique verticale avec un fond conique. L‟enveloppe est en tôle d‟acier d‟épaisseur de 10mm et les serpentins de chauffage en tubes d‟acier au carbone, situes verticalement sur les supports à l‟intérieur du fondoir. Chaque serpentin possède une alimentation en vapeur et retour de condensats séparés, la partie conique du fondoir est chauffée à l‟extérieur par une spirale enroulée sur le cône. Le fondoir comporte deux roux d‟homme et un système de vidange, .elle est équipe de quatre agitateurs et d‟une pompe de circulation à soufre. L‟intérieur du fondoir est divisé par une chicane pour permettre une bonne circulation du soufre. Le fondoir est alimenté en soufre à l‟aide de transporteur à bande. Le soufre subit un pré mélangeage avant d‟être introduit dans le fondoir. La chaleur de fusion est amenée par les serpentins alimentés en vapeur. Le transfert de chaleur est favorisé par quatre agitateurs périphériques qui établissent une circulation forcée dans le fondoir.
B. Station de filtration Le soufre fondu est ensuite repris vers des filtres, en général a plaques, pour être débarrassé des cendres et impuretés solides et atteindre en général une pureté de 99,99 %. Un filtre à soufre se présente en général sous forme d'une cuve cylindrique horizontale de forte épaisseur (15 mm environ), à fonds bombés contenant le soufre et munie sur la totalité (fond et virole) d'une double enveloppe contenant la vapeur de maintien en température. Un jeu de bride permet la dissociation entre une partie fixée à la structure et une partie mobile. L'effacement de la virole permet l'accès aux éléments de filtration et le débatissage du gâteau. A l'intérieur du filtre, une structure soutient les éléments filtrants reliés à une tuyauterie horizontale de récolte du filtrat. La filtration est effectuée sur des plaques de toiles en acier inoxydable. GHARIB SAMIRA
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La qualité du filtrat obtenu dépend de la conduite de l'opération de filtration et de son rendement. On obtient des résultats satisfaisant en procédant à une phase préliminaire qui consiste à déposer sur les éléments de filtration une précouche dont le rôle est de protéger la toile filtrante tout en favorisant l'obtention d'un gâteau homogène au travers duquel se fera la filtration. La solution destinée à la formation de cette précouche, dite solution d‟endoyage, est préparée à l'aide d'une terre à base de diatomée mélangée à du soufre filtré. Cette solution circule en circuit ferme dans le filtre pendant un laps de temps suffisant pour la formation de la précouche (20 à 30 mn). Une fois cette opération achevée, On coupe l'arrivée de la solution d'endigage et on alimente simultanément le filtre en soufre fondu, tout en veillant à ne pas interrompre la circulation du soufre dans le filtre. En traversant la précouche qui enduit les toiles filtrantes, le soufre liquide perd le quasi totalité de ses impuretés. Le soufre filtré recueilli à la base des plaques filtrantes, est ensuite transporté et stocké à l'état liquide dans un appareillage chauffé où il est maintenu à une température de 130 à 145°C. Au fur et à mesure du mûrissement en impuretés du gâteau de filtration, la perte de charge opposée au soufre à filtrer augmente. Pour cette raison, les filtres doivent être périodiquement ouverts pour être débarrassés des résidus de filtration et être prêt à recevoir un nouveau cycle de filtration.
I.2 Aperçu général sur l’acide sulfurique L‟acide sulfurique, appelé aussi
huile de vitriol ou vitriol, est un composé
chimique toxique de formule H2SO4, miscible avec l'eau en toutes proportions. C‟est un produit industriel de première importance et trouve de très nombreuses applications.
I.2.1 Utilisation de l’acide sulfurique Parmi les utilisations de l'acide sulfurique, on peut citer :
Fabrication d'acide phosphorique par attaque du phosphate de calcium ;
Fabrication Industrie
des textiles artificiels ;
Traitement Synthèse
d'engrais tels que les superphosphates, le sulfate d'ammonium ;
des minerais ;
de composés chimiques (colorants, explosifs, détergents, divers sels,
autres acides...) ; Raffinage du
pétrole ;
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Batteries
au plomb (H2SO4 est alors connu sous le nom d'« acide de
batterie ») ; Industrie
du traitement de surface des matériaux etc.
I.2.2 Propriétés Physicochimiques Les propriétés physico-chimiques et thermodynamiques de l‟acide sulfurique sont consignées dans le tableau ci-dessous. Tableau 1 : propriétés physico-chimiques de l’acide sulfurique.
Formule brute
H2SO4 −1
Masse molaire (g·mol )
98,078
pKa
-3,0 et 1,9
Moment dipolaire (D)
2,72
Diamètre moléculaire (nm)
0,487
T° fusion (°C)
100% : 10,31 98% : 3 93% : -32 78% : -38 74% : -44 65% : -64
T° ébullition (°C)
340
Solubilité
Miscible avec l'eau et l'alcool (réaction exothermique)
Masse volumique (g·cm-3)
1,8302
S0 liquide, 1 bar (J/mol K)
19
Δf H0 liquide (kJ/mol)
-814
I.2.3 Informations toxicologiques • Explosion : l‟acide sulfurique est un composé inexplosif, cependant il réagit vivement avec de nombreuses matières organiques, métaux en poudre, carbures, chlorates, chromates, permanganates et nitrates, en produisant une très grande quantité de chaleur et un dégagement d'hydrogène. Une réaction violente et dangereuse se produit si l‟acide sulfurique concentré entre en contact avec de l‟eau. La réaction est accompagnée de projection de GHARIB SAMIRA
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liquide. L‟acide sulfurique concentré réagit violemment avec les bases fortes anhydres ou en solutions concentrées. • Toxicité : l‟acide sulfurique est susceptible d'être faiblement absorbé par les voies respiratoires et digestives, après réaction violente avec l'eau. En solution et en aérosol, il est corrosif et irritant pour la peau, les yeux, les voies respiratoires et digestives. Les risques pour l‟homme et l‟environnement sont donc surtout dus au caractère corrosif de l‟acide sulfurique en cas de contact. Un contact répété ou prolongé avec la peau peut causer une dermatite.
I.2.4 Fabrication industrielle La préparation industrielle de l'acide sulfurique se fait selon deux procédés : procédé des chambres de plomb et procédé de contact. Ce dernier est le plus largement mis en œuvre, car il requiert le contact avec un catalyseur et passe par les trois étapes suivantes : La première consiste à la purification et la combustion du soufre à l'air sec afin d‟obtenir du dioxyde de soufre SO2 ; La seconde est une oxydation du dioxyde de soufre en trioxyde de soufre SO3 à l'aide de pentoxyde de divanadium V2O5 ; Et enfin, la dernière étape est une absorption de l‟anhydride sulfurique.
II. Principe de fabrication de l’acide sulfurique L‟atelier sulfurique du Maroc Phosphore II ayant pour objectif la fabrication de H2SO4. Il comprend trois unités identiques de fabrication de l‟acide sulfurique, d‟une capacité unitaire nominale journalière de 1750 tonnes. Chaque unité se distingue par les appellations suivantes : ligne A, ligne B et ligne C. L‟acide sulfurique est produit selon le procédé MONSANTO (simple absorption) en utilisant le soufre à l‟état liquide et l‟air de combustion. L‟acide sulfurique est obtenu selon les réactions chimiques suivantes :
A/ Combustion du soufre en présence de l‟air sec pour former de l‟anhydride sulfureux : S + O2
SO2 +
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69.7 kcal à 25°C
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B/ Combustion de l‟anhydride sulfureux avec l‟oxygène pour former de l‟anhydride sulfurique : SO2 + 1/2 O2
SO3 +
23.6 kcal à 25°C
C/ Absorption de l‟anhydride sulfurique par de l‟acide sulfurique concentré à 98-99 % et addition de l‟eau pour obtenir une solution contenant environ 98.5 % d‟acide sulfurique :
SO3
+
H2O
H2SO4 + 32.4 kcal à 25°C
III. Description des équipements III.1 Turbosoufflante La turbosoufflante est un compresseur d‟air centrifuge entraîné par une turbine à vapeur HP. Elle a pour but d‟aspirer l‟air atmosphérique et de l‟envoyer vers la tour de séchage. La turbosoufflante aspire l‟air ambiant à travers des filtres pour le débarrasser de la poussière qu‟il contient, cet air aspiré traverse également un silencieux sous forme d‟une chambre équipée de blocs en laine de verre. Elle est constituée de : Une turbine à vapeur qui transforme l‟énergie thermique en énergie mécanique ; et qui est alimentée par la vapeur haute pression HP ; Un réducteur de vitesse qui sert à réduire la vitesse de rotation et à transmettre le mouvement à la soufflante ; Une soufflante sous forme d‟un ventilateur qui aspire l‟air ambiant et le refoule vers la tour de séchage. L‟ensemble de ces éléments nécessite un système de graissage et de refroidissement continu constitué par : Un réservoir d‟huile contenant une résistante électrique pour chauffage. Deux pompes assurant la circulation de l‟huile (la pompe principale en marche et la turbopompe maintenue en réserve qui fonctionne en vapeur HP), la 3ème pompe réserve à courant continu, Deux filtres d‟huile, Un accumulateur d‟azote, Deux refroidisseurs d‟huile. GHARIB SAMIRA
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III.2 Tour de séchage La tour de séchage est une tour verticale cylindrique en acier
zéro corrosion
« ZeCor » (à l‟exception de linge B qui est en acier au carbone) à fond bombé. La partie supérieure est équipée de bougies qui servent à empêcher les gouttes d‟acide entraînées par le courant d‟air. L‟intérieur de la tour est constitué par les éléments suivants : Piliers de support en briques antiacide au nombre de soixante; Anneaux Raschig ; Rigoles d‟arrosage en fonte et en acier antiacide ; Canaux d‟arrosage montés dans le fond des rigoles et déversent sur la couche d‟anneaux ; Un remplissage en selles intalox céramiques installées sur une grille en inox. Le système d‟arrosage se compose de distributeur d‟acide qui est alimenté par un collecteur et des rigoles permettant la distribution d‟acide sur toute la surface du garnissage. La tour de séchage est alimentée par l‟air de la turbosoufflante à contre courant avec l‟acide sulfurique 98,5% à une température de 55°C. À la partie supérieure de la tour on obtient d‟air sec, et dans la partie inférieure on aura de l‟acide sulfurique dilué qui se dirige vers le bac de circulation.
III.3. Fosse à soufre La fosse à soufre est construite en béton, avec couvercle en acier. Elle est équipée de deux réchauffeurs cylindriques et un troisième de forme rectangulaire alimentés avec de la vapeur saturée à 4.5 bars et à une température de 140°C pour maintenir le soufre à l‟état liquide. Quatre pompes d‟alimentation de soufre sont installées dans la fosse, trois pompes sont opérationnelles, la quatrième étant de réserve.
III.4. Four Le four à soufre est une chambre horizontale en acier, avec un revêtement intérieur de briques réfractaires et une couche de briques isolantes.
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Le four contient trois chicanes internes construites en briques, deux sont positionnées en bas de la chambre pour augmenter le temps de séjour du gaz dans le four. Il est équipé de cinq brûleurs pour la pulvérisation du soufre liquide. Les buses des cannes sont creuses et de forme conique. Pour contrôler la température à l‟intérieur du four, on trouve deux thermocouples. Le four est équipé aussi d‟un brûleur de mise en marche au gasoil avec pilote au propane installé à l‟intérieur du four à soufre, il permet de préchauffer le filtre à gaz chaud ainsi que les masses catalytiques du convertisseur avant le démarrage de l‟usine.
Figure 6 : Schéma du four.
III.5 Chaudière de récupération / ballon Le volume du gaz nécessaire au procédé doit contenir entre 8.5 et 10 % en volume de SO2, et doit être refroidi avant son admission dans la première masse du convertisseur. Ainsi les 95 % du débit total du gaz de combustion sont refroidis jusqu‟à la température de 360 °C dans la chaudière de récupération où est générée de la vapeur saturée à 58 bars. Cette chaudière est de type à tubes de fumée et à circulation naturelle. Elle est constituée par : GHARIB SAMIRA
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Un corps cylindrique horizontal à tubes de fumée. Un ballon de vapeur en charge. Un tube de barbotage permettant la mise en pression de la chaudière. Un système de contrôle de niveau d‟eau dans le ballon, qui compte : o
Un régulateur de niveau.
o
Une alarme de niveau très haut et très bas.
o
Un niveau à glace.
o
Deux soupapes de sécurité.
o
Un purgeur d‟extraction.
o
Un purgeur continu.
III.6 Filtre à gaz chaud Le filtre à gaz chaud a pour but d‟éliminer les cendres et les poussières contenues dans le gaz sortant de la chaudière, qui va être envoyé au convertisseur
afin d‟éviter
l‟encrassement des couches des masses catalytiques. Le filtre représente sous forme d‟un cylindre vertical et élaboré en tôle d‟acier. Il est constitué d‟un récipient cylindrique contenant deux lits de chamotte séparés par une plaque et placés sur des grilles en fonte supportées par des colonnettes en fonte. Chacun des lits est composé des éléments suivants :
Une 1ère couche de galets en quartz,
Une couche de chamotte,
Une 2ème couche de galets en quartz. Les gaz provenant de la chaudière traversent les chambres remplies de la chamotte. Il
est noter que la chamotte est une matière caractérisée par sa résistance à la chaleur, cette dernière constitue une surface filtrante permettant de capter les cendres et les impuretés résultant de la combustion.
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Figure 7 : schéma du filtre à gaz chaud.
III.7 Convertisseur Le convertisseur catalytique est une technologie de la firme «MONSANTO EnviroChem » à quatre passes. Il est sous forme d‟un cylindre vertical équipé d‟une enveloppe en tôle d‟acier, et dont la paroi de l‟enveloppe est revêtue en briques réfractaires anti-acide. La tubulure d‟amenée des gaz de convertisseur se termine par un diffuseur permettant de répartir les gaz sur toute la surface de la couche catalytique. Tableau 2 : Répartition du catalyseur dans le convertisseur.
Masses
Type
Volume (dm3)
1ère masse 2ème masse 3ème masse 4ème masse
XLP 120 XLP 120 XLP 110 XLP 110
74 100 80 500 97 400 108 000
Le tableau ci-dessus définit le profil de chaque masse catalytique. Et montre notamment :
Qu‟en dessus et en dessous de chaque masse catalytique est disposée une couche de galets de quartz avec une épaisseur de 50 mm (granulométrie 20 à 30 mm)
Que les thermocouples servant à mesurer la température à l‟entrée et à la sortie des masses sont disposés à l‟interface galets/catalyseur. La mise en place
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correcte de ces thermocouples est extrêmement importante puisque les indications de température permettent le réglage et l‟optimisation de la conversion.
Figure 8 : Schéma du convertisseur.
III.8 Economiseur L‟économiseur vertical est conçu pour refroidir le gaz SO3 à 190°C. La surface du transfert de la chaleur est constituée de tubes d‟acier au carbone sans soudure avec des ailettes en acier au carbone soudées en continu. L‟économiseur est muni également d‟un by-pass et d‟une vanne à trois voies pour assurer la température optimale de conversion et la température d‟alimentation normale du ballon de la chaudière. L‟économiseur porte dans sa partie inférieure un pot de garde hydraulique destiné à accumuler les condensats pour pouvoir détecter les fuites. Afin de faciliter son entretien, il est muni aussi de trous d‟homme pour son entretien.
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Figure 9: Schéma de l’économiseur.
III.9 Surchauffeurs I et II Les surchauffeurs de vapeur sont des échangeurs gaz-vapeur protégés par une cage en acier inoxydable. Ils récupèrent les calories des gaz sortant de la 1 ère et la 2ème masse catalytique du convertisseur. La surface du transfert de la chaleur est constituée des tubes en ailettes en alliage. Un dispositif de by-pass de la vapeur externe aux surchauffeurs permet d‟ajuster la température d‟entrée des gaz sur le deuxième et le troisième lit de catalyseur.
III.10 Tour d’absorption La tour d‟absorption est l‟instrument où se fait l‟absorption de SO3 par l‟eau présent dans l‟acide sulfurique à 98.5% afin d‟éviter le phénomène de brouillard résultant du contact direct de l‟eau et de l‟acide sulfurique. La tour d‟absorption TA est de forme cylindrique verticale en acier zéro corrosion « ZeCor ». La partie supérieure est équipée par des „„Brinks‟‟ servant à empêcher les vésicules d‟acide entraînées par le courant gazeux. L‟intérieur de la tour est constitue des éléments suivants : Piliers de support en brique antiacide au nombre de soixante, Anneaux Raschig, Rigoles d‟arrosage en fonte et en acier antiacide, GHARIB SAMIRA
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Canaux d‟arrosage montés dans le fond des rigoles et déversent sur la couche des anneaux, un remplissage en selles en céramique est installé sur les grilles. Le système d‟arrosage se compose de distributeur d‟acide qui est alimenté par un collecteur et des rigoles permettant la distribution d‟acide sur toute la surface du garnissage.
Figure 10 : Schéma de la tour d’absorption.
III.11 Cheminée La cheminée d‟évacuation des gaz du procédé à l‟atmosphère est construite en acier au carbone. Des plates-formes et des points d‟échantillonnage y sont installées pour conduire les analyses d‟émissions de l‟usine.
III.12 Refroidisseurs tubulaires Quatre refroidisseurs tubulaires en forme de cylindres disposés horizontalement, munis de faisceaux tubulaires destinés au refroidissement de l‟acide des tours de séchage et d‟absorption. A l‟intérieur des tubes circule l‟eau de mer et l‟acide circule côté calandre. Ces fluides sont véhiculés à courant parallèle pour les refroidisseurs de l‟acide de la tour d‟absorption, et à contre-courant pour les refroidisseurs de l‟acide de séchage, et l‟acide produit. Ces refroidisseurs sont protégés contre la corrosion par un dispositif de protection anodique "Film Gard". Un système de sécurité et de contrôle avec des alarmes est prévu à cet effet.
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Figure 11: Schéma des refroidisseurs tubulaires
III.
Bacs de stockage de l’acide sulfurique
Deux bacs de stockage de l‟acide sulfurique d‟une capacité unitaire de 15.000 t. L‟évent du bac est muni d‟un sécheur d‟air à arrosage d‟acide en continu afin d‟éviter la corrosion possible par l‟humidité atmosphérique qui provoque une dilution locale de l‟acide. Les sorties des bacs sont équipées de vannes de sécurité. Quatre pompes sont installées pour aspirer l‟acide des bacs et le refouler vers l‟atelier phosphorique. Ces pompes sont reliées par un collecteur d‟aspiration et un collecteur de refoulement. Chaque pompe est munie d‟une tubulure de recyclage de l‟acide vers les bacs de stockage, permettant d‟éviter aux pompes de ne pas fonctionner en dessous du minimum technique en cas d‟arrêt de l‟expédition.
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IV. Description du procédé de fabrication de l’acide sulfurique Dans le procédé de fabrication de l‟acide sulfurique on trouve trois circuits : circuit de gaz, circuit d‟acide et circuit eau-vapeur.
IV.1 Circuit de gaz Le soufre liquide est stocké dans les bacs de stockage, puis acheminé par gravité, à travers une vanne, dans la fosse à soufre où trois réchauffeurs le gardent en état liquide. L‟alimentation de la fosse est contrôlée par une boucle de régulation. Quatre pompes, dont une est en réserve, refoulent le soufre liquide à brûler dans le four de chaque ligne. Ce soufre est pompé à 12 bars vers les cinq atomiseurs du four, qui le pulvérisent dans la chambre de combustion pour obtenir du SO2 gazeux. L‟oxygène est contenu dans l‟air soufflé à travers la boite à vent de la turbosoufflante. Il est à noter qu‟en amont des brûleurs, des vannes d‟isolement sont présentes et sont utilisés pour le réglage du débit de soufre à brûler. Dans le four, la combustion se fait selon la réaction chimique suivante : S + O2
SO2 + Q1
Cette masse gazeuse traverse la chaudière de récupération, où elle cède de l‟énergie à l‟eau alimentaire circulant dans son calandre. Les gaz quittent la chaudière avec une température de 380°C, mais le by-pass fait passer du gaz chaud pour élever cette température à 447°C (en amont du filtre). Après, le gaz entre dans le filtre à gaz chaud qui contient deux masses de gravions, le gaz se répartit sur ces deux lits avant de se rassembler à l‟entrée de la 1ére masse du vanadium V2O5 où la température enregistrée est de 420°C à l‟entrée et de 620°C à la sortie. Les gaz doivent être refroidis pour améliorer le rendement de l‟oxydation du SO2 dans la prochaine masse du catalyseur. Le gaz SO3 qui accompagne les SO2 non encore convertis, circule vers le surchauffeur I où ils se refroidissent par échange de chaleur avec la vapeur haute pression. La température des gaz à l‟entrée de la seconde masse est ajustée en by passant une partie du débit de vapeur HP autour du surchauffeur. Les gaz refroidis circulent du surchauffeur I vers la seconde masse du convertisseur, et entrent à une température de 440°C pour favoriser une conversion supplémentaire du SO2 en SO3 accompagnée d‟un nouveau dégagement de chaleur. Le gaz converti sort de cette masse catalytique avec une température de 520°C qu‟il perd dans la GHARIB SAMIRA
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deuxième surchauffeur (II). Suite à l‟échange thermique avec la vapeur provenant de l‟économiseur et la dilution par l‟air sec à la sortie de 2ème masse, le gaz refroidi circule et rentre à la 3ème masse de vanadium avec une température de 435°C. Notons ici que le gaz chaud traverse l‟échangeur gaz/gaz chaud par les tubes. La température du gaz à la sortie de la 3ème masse est de 470°C, le refroidissement des gaz dans cette étape se fait par l‟injection de l‟air sec à la sortie de la 3 ème masse où la température baisse jusqu‟à environ 430 °C ; Le gaz refroidi pénètre directement dans la 4ème masse où le taux de conversion atteint 98%. Les réactions de conversion se déroulent selon les équations suivantes :
2 V2O5 + 2 SO2
2 VOSO4 + V2O5 + SO2
V2O4 + ½ O2
2 VOSO4 + V2O4 2 V2O4
+ 3 SO3
V2O5
A la sortie du convertisseur, on aura des gaz SO3 avec une température d‟environ 440°C qui seront dirigés vers l‟économiseur, ce dernier a pour rôle de ramener les gaz SO3 à une température favorable à l‟absorption par échange thermique avec la vapeur provenant du ballon et avec l‟eau d‟alimentation de la chaudière. Les gaz SO3 quittent l‟économiseur avec une température de 190°C.
IV.2 Circuit d’acide Le gaz SO3 provenant de l‟économiseur est recueilli dans la tour d‟absorption est dissout dans la solution d‟acide de circulation, du fait qu‟il ne se combine pas avec de l‟eau pure d‟une manière satisfaisante afin de produire de l'oléum selon la réaction ci-après:
H2SO4 (l) + SO3 (g)
H2S2O7 (l)
L‟oléum est ensuite hydraté pour libérer de l'acide sulfurique selon l‟équation suivante :
H2S2O7 (l) + H2O (l)
2 H2SO4 (l)
La solution d‟acide sulfurique quittant la tour d‟absorption est envoyée dans le bac de circulation, où elle se mélange avec une partie du retour de l‟acide de la tour de séchage et avec de l‟eau de dilution pour maintenir le titre d‟acide.
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L‟acide produit est à 98.5% de pureté, s‟écoule par gravité dans le bac de circulation par l‟intermédiaire d‟une tuyauterie munie d‟un siphon équipant chacune des deux tours. Cet acide est repris par les pompes verticales émergées refoulant dans le même collecteur, pour être recyclé en tête des tours de séchage et d‟absorption, après avoir transité par les refroidisseurs tubulaires d‟acide de séchage et d‟absorption. L‟acide sulfurique concentré correspondant à la production est prélevé sur le collecteur d‟alimentation de la tour de séchage pour être dirigé vers le refroidisseur tubulaire d‟acide produit, d‟où il est refroidit à une température correcte pour être stocké (température inférieure à 45 °C). L‟acide est alors acheminé vers les réservoirs de stockage.
IV.3 Circuit eau – vapeur L‟eau alimentaire provenant de la centrale entre dans les tubes de l‟économiseur en se caractérisant par la température de 120°C. Elle sera réchauffée après échange thermique avec le gaz qui traverse l‟économiseur et qui provient de la 4ème masse catalytique, puis envoyés vers le ballon de la chaudière avec une température de 275°C où se transforme en vapeur saturée. Dans la chaudière, l‟eau est accueillie dans le ballon avec un niveau d‟environ 72 % d‟eau. Six conduites latérales amènent l‟eau dans la calandre de la chaudière où la vapeur revient au ballon par trois passages. La vapeur sortant du ballon de la chaudière alimente le surchauffeur de l‟économiseur où elle est chauffée par échange de chaleur avec le gaz issu de la 4ème masse du convertisseur. Après, elle passe dans le surchauffeur II où elle échange de la chaleur avec les gaz sortant de la 2ème masse du convertisseur. La vapeur quitte le surchauffeur II vers la surchauffeur I, au niveau duquel capte le maximum de la chaleur avec les gaz sortant de la 1ère masse du convertisseur. La vapeur surchauffée doit être une vapeur haute pression (HP) conforme dont la température est de l‟ordre de 490°C et la pression est de 58 bars. Une partie de cette vapeur est acheminée vers la turbine et l‟autre partie vers la centrale thermoélectrique.
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CHAPITRE III : ETUDE DE L’IMPACT DE PERTE EN VITESSE SUR LES PERFORMANCE DE L’ATELIER SULFURIQUE
le
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I. Introduction Dans toutes les industries, de nombreux problèmes imprévus apparaissent. Nombre d‟entre eux sont des problèmes répétitifs. Le mode de gestion de ces problèmes est un indicateur pertinent de la maturité de celle-ci. En effet, l‟atelier sulfurique ne constitue pas une exception, car on y constate des divers problèmes parmi lesquels, on trouve la perte de vitesse qui est considérée comme un défi majeur. L‟objectif du présent travail consiste à étudier l‟impact de cette perte sur les performances de l‟atelier sulfurique, en vue de réduire cette perte qui est le problème le plus gênant. Pour effectuer cette étude, nous avons opté pour une démarche méthodologique simple et efficace : c‟est la méthode de résolution des problèmes « MRP». Cette méthode peut permettre de résoudre un problème en s‟attaquant aux causes dites « racines ». Ce modèle s‟articule autour de quatre étapes et permet de ne pas passer directement de la perception du problème à la solution à normaliser. Le tableau ci-dessous représente les démarches à suivre pour l‟application de la méthode MRP :
-Identifier le problème. - Formaliser le problème (PQQOQCC), ce qui signifie POURQUOI ? QUOI ? QUI ? OU ? Etape n°1 : Poser le problème
QUAND ? COMMENT ? COMBIEN ? - Mesurer la situation actuelle grâce à la définition d‟indicateurs représentatifs du problème ; - Définir l‟objectif.
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Etape n°2 : Trouver les causes racines
Etape n°3 : Choisir des solutions optimums Etape n°4 : Mettre en œuvre la solution retenue
Cette étape est constituée de quatre phases : - Rechercher les causes -Visualiser les causes (Diagramme d‟Ishikawa), - Hiérarchiser les causes ; - Valider les causes principales (Diagramme de Pareto). - Sélectionner les solutions (analyse multicritères). - Rédiger un plan d‟action. - Réaliser toutes les actions définies.
Notre travail a été mené selon la méthodologie dont les étapes sont les suivantes :
Position du problème ;
Recensement des causes ;
Impact de perte en vitesse en termes de tonnage produit ;
Analyse des causes ;
Proposition et analyse des solutions pertinentes.
II. Position du problème La perte de vitesse est une limitation de production au niveau d‟un processus, à titre d‟exemple, l‟atelier de production d‟acide sulfurique de Maroc phosphore II. Elle engendre un manque en production considérable de l‟acide sulfurique (H2SO4) et en vapeur haute pression (HP) dans chacune des trois unités de production A, B et C. Ces conséquences nous ont conduits à remettre en cause plusieurs facteurs tels que la gestion interne de l‟atelier, la planification de production avec d‟autres services, les performances des équipements ainsi que la qualité de la matière première. Or, les questions qui se posent avec force sont les suivantes : - Quelles sont les causes principales de cette perte ?
- Quel est l‟impact de cette perte sur les performances de l‟atelier ? - Existe-t-il des solutions pertinentes pour réduire les répercussions de cette perte sur la production ?
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Avant de prétendre répondre à ces questions, nous allons procéder à recenser les causes qui favorisent la limitation de production. Pour ce faire, nous nous référons sur les rapports journaliers rédigés par les chefs d‟équipes.
III. Recensement des causes En se basant sur les rapports journaliers des trois lignes durant toute une année (du 01/03/2011 au 29/02/2012), nous avons dressé un tableau qui regroupe :
Les dates quand la réduction de vitesse s‟est manifestée;
La durée de réduction de vitesse ;
La cadence durant cette réduction ;
La perte de vitesse en pourcentage et l‟équivalent en perte P2O5 ;
La cause de limitation de vitesse.
Après le recensement, nous avons classé les causes par famille, afin de pouvoir calculer le total de manque à produire de l‟acide sulfurique équivalent à chaque famille de cause, et par conséquent en déduire les pertes en production en P2O5. Après avoir pris connaissance de la perte de vitesse et les causes potentiellement influentes, une méthode d‟analyse du processus est établie : c‟est le diagramme d‟ISHIKAWA. Dans ce dernier, sont regroupées les différentes causes possibles de réduction de vitesse.
IV. Diagramme de causes à effet ou diagramme d’Ishikawa Le diagramme causes à effet ou « diagramme d‟Ishikawa » est une représentation graphique simple qui, pour un effet donné, on tente d‟identifier toutes les causes possibles. Chaque grand groupe de causes (méthode des 5M) correspond à une branche du diagramme. La construction de ce diagramme passe par plusieurs phases : Identification de l‟effet considéré ; Regroupement par famille des causes sous le vocable 5M : Matériel : c‟est tout investissement sujet à amortissement (machine, pièces de rechange,...). Main d’œuvre : c‟est le personnel. Matériaux : c‟est tout ce qui est consommable. GHARIB SAMIRA
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Méthode : c‟est tout ce qui est lié à la définition du processus de production. Milieu : c‟est l‟environnement (conditions de travail, ergonomie, sécurité, …). Main d‟œuvre
Milieu
Méthode
Gestion du stock d‟acide sulfurique Planning de Nettoyage des filtres
Présence des algues et sable dans EDM Manque de soufre liquide
Condition Climatique
Non respect des délais de révision des unités
Matière m
Dysfonctionnement de pompe soufre
Encrassement des filtres à gaz chaud
Perte en vitesse
Pompes Dysfonctionnement de circulation d‟acide sulfurique Coincement de by passe de gaz chaud
Encrassement des filtres bougies Qualité d‟huile Utilisé dans la TS
Vibration de Turbo soufflante
Vieillissement Des installations Demande de centrale (problème au niveau CAP)
Bouchage Des brûleurs
Mauvaise réglage des Paramètre de marche
Turbo soufflante Déchirure de la Manchette souple
Augmentation de T° de palier avant soufflante
Matériel Figure 12 : Diagramme d’ISHIKAWA.
m
V. Analyse des causes principales des lignes A, B et C m
Après avoir hiérarchisé les causes, nous avons opté pour celles qui sont les plus influentes. Ces dernières sont représentées sous forme de "diagramme de Pareto", et Permettent de visualiser l‟importance relative des différentes causes d‟un problème et de sélectionner celles qu‟il faudra résoudre en premier. Ainsi, il permet d‟afficher dans le temps l‟évolution de l‟impact des actions mises en place sur les causes du problème. Pour tracer le diagramme de Pareto, il faut exploiter les résultats pour chaque cause. Les résultats en TMH trouvés au niveau des lignes A, B et C sont calculés selon
la relation
suivante : GHARIB SAMIRA
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Le manque à produire en tonne monohydrate (TMH) est trouvé en multipliant la production journalière de chaque ligne (1750 tonne) par le pourcentage de la perte en vitesse. Le manque à produire (TMH) = % de perte en vitesse * 1750
V.1 Analyse des causes de ligne A V.1.1 Résultats Après le calcul de manque à produire de l‟acide sulfurique pour chaque famille des causes, nous avons regroupé les résultats dans le tableau suivant : Tableau 3 : Effet des causes sur la production de H2SO4 (ligne A) Manque à produire en TMH (H2SO4)
Manque à produire en H2SO4 (%)
Cumul de manque à produire TMH en (%)
Engorgement de stockage
16054
36,98
36,98
Demande de la centrale
15383
35,43
72,41
Encrassement des filtres bougies Augmentation de taux de SO2 cheminée Bouchage des brûleurs
4802
11,06
83,47
2157
4,97
88,44
1832
4,22
92,66
By passe de gaz chaud coincé
671
1,55
94,21
Manque soufre
016
1,41
95,61
Vibration de palier de la TS Encrassement des filtres d'huile de TS Augmentation de température du palier avant soufflante Chute de température de HP Déchirure de la manchette souple de turbosoufflante
529
1,22
96,83
475
1,09
97,93
383
0,89
98,82
320
0,75
99,57
188
0,43
100,00
Causes de ligne A
V.1.2 Diagramme de Pareto Le graphique suivant représente le manque et le cumul du manque à produire au niveau de la production de l‟acide sulfurique en fonction des familles des causes identifiées.
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(%) du manque à produire en TMH (ligne A) 120.00% 100.00% 80.00% 60.00% 40.00% 20.00% 0.00%
manque à produire en TMH (%)
cumul de manque à produire TMH en (%)
Figure 13 : Diagramme de Pareto de la ligne A.
Interprétation D‟après la représentation des résultats sur le diagramme de Pareto, on constate que 80% des pertes de vitesse sont dues à trois causes principales sur lesquelles il faudra agir en premier lieu :
Engorgement de stockage d‟acide sulfurique ;
Demande de la centrale ;
Encrassement des filtres bougies.
V.2 Analyse des causes de la ligne B V.2.1 Résultats Le tableau suivant représente les différentes causes qui influent sur la production de H2SO4 au niveau de la ligne B :
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Tableau 4 : Effet des causes sur la production de H2SO4 (ligne B).
Manque à produire en TMH (H2SO4)
Manque à produire en H2SO4 (%)
Cumul de manque à produire TMH en (%)
32 742,50
65,37
65,37
7 630
15,23
80,61
Bouchage des brûleurs
3 237,50
6,46
87,07
Manque soufre liquide
2 642,50
5,28
92,35%
Encrassement filtre à gaz chaud
1 995
3,98
96,33
Encrassement des filtres bougies
840
1,68
98,01
577,5
1,15
99,16
262,5
0,52
99,69
122,5
0,24
99,93
35
0,07
100,00
Causes Demande de la centrale Engorgement de stockage acide
Augmentation de taux de SO2 cheminée Bouchage de circuit soufre Encrassement des filtres d'huile de TS Chute de température de HP
V.2.2 Diagramme de Pareto A fin de bien visualiser les causes principales mentionnées en tableau 4, les résultats trouvés sont illustré selon le diagramme de Pareto.
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(%) du manque à produire en H2SO4 (ligne B) 120.00% 100.00% 80.00% 60.00% 40.00% 20.00% 0.00%
manque à produire en H2SO4 (%)
cumul de manque à produire TMH en %
Figure 14 : Diagramme de Pareto de la ligne B
Interprétation A l‟instar de l‟analyse effectuée au niveau de la ligne A, le diagramme de Pareto suivant nous a permis de localiser les trois causes principales qui sont responsables de la réduction de la vitesse dans la ligne B, à savoir :
Demande de la centrale ;
L‟engorgement de stock d‟acide sulfurique ;
Et le bouchage des brûleurs.
V.3 Analyse des causes de la ligne C V.3.1 Résultats Par analogie avec les lignes A et B, et en suivant les mêmes démarches établies, nous présentons dans le tableau « 5 » les causes et leurs effet sur la diminution en production de l‟acide sulfurique dans la ligne C.
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Tableau 5 : Effet des causes sur la production de H2SO4 (ligne C) Manque à Manque à Cumul de manque produire en produire en à produire TMH en Causes TMH (H2SO4) H2SO4 (%) % Demande de la centrale 9380,00 27,56 27,56 Engorgement de stockage acide 8925,25 26,22 53,78 Température de palier 5145,00 15,12 68,89 augmente avant TS Bouchage des brûleurs 2292,5 6,74 75,63 Encrassement du filtre à gaz 2152,50 6,32 81,95 chaud Vibration du palier de TS 1820,00 5,35 87,30 Manque de soufre liquide 1470,00 4,32 91,62 Pompe à soufre 1365,00 4,01 95,63 Encrassement des filtres bougies 560,00 1,65 97,28 de TS Bouchage des filtres d'EDM 542,50 1,59 98,87 Augmentation de taux de SO2 332,50 0,98 99,85 cheminée Déchirure de la manchette 0,15 100,00 22,26 souple de la turbine
V.3.2
Diagramme de Pareto
Le graphique suivant représente le diagramme de Pareto dans la ligne C.
% du manque en production (ligne C) 120.00% 100.00% 80.00% 60.00% 40.00%
manque à prduire H2SO4 en %
20.00% 0.00%
cumul de manque à produire TMH en %
Figure 15 : Diagramme de Pareto de la ligne C.
Interprétation GHARIB SAMIRA
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Suite à l‟analyse du diagramme de Pareto, on constate que les causes principales de perte de vitesse pour la ligne C sont :
Demande de la centrale ;
Engorgement de stockage acide ;
Augmentation de température de palier avant turbosoufflante ;
Bouchage des brûleurs ;
Encrassement du filtre à gaz chaud.
Conclusion : D‟après l‟analyse des causes des trois lignes, on trouve que les causes du problème étudié sont essentiellement d'origine de gestion de l‟atelier et de la maintenance des équipements. Les causes dues à la gestion :
Engorgement de stockage de l‟acide sulfurique ;
Demande de la centrale.
Les causes dues aux équipements :
Augmentation de température de palier avant soufflante ;
Bouchage des brûleurs ;
Encrassement du filtre à gaz chaud ;
Et l‟encrassement des filtres bougies.
V. Origine des causes (Arborescence) Suite à l'analyse des causes trouvées, nous allons construire l'arborescence (figure 12) qui consiste à regrouper les causes principales, leurs racines et leurs conséquences.
Echange d‟énergie électrique nul avec MP I et ONE Fuite sur les condenseurs
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MASTER GPM 2012 Problème au niveau des groupes turbo-alternateurs 42
Centrale thermique
Problème au niveau du CAP
Problème au niveau de réseau vapeur (HP) L‟indisponibilité des lignes phosphorique
Engorgement de stockage acide sulfurique
Faible soutirage de l‟acide phosphorique Entrainement d‟acide sulfurique dans TS (présence de sulfates)
Encrassement des filtres bougie
Présence de poussières dans l‟air
Perte de vitesse
Frottement entre l‟arbre de soufflante et les patins Défaut d‟alignement
Augmentation de T° de palier avant soufflante
Déplacement axial Vieillissement de la turbo soufflante
Encrassement du filtre à gaz chaud Présence des cendres dans le soufre liquide Bouchage des brûleurs
Figure 16 : Schéma d’arborescence regroupant les causes principales et leurs racines
VI. Impact de la perte en vitesse en termes de tonnage produit L‟atelier de production de l‟acide sulfurique joue un rôle important au niveau de la division MPII. Il assure en effet, l‟alimentation de l‟atelier phosphorique par de l‟acide sulfurique et la centrale thermoélectrique par la vapeur haute pression. Ainsi, la centrale thermoélectrique permet de transformer la vapeur en énergie électrique. La baisse de cadence des lignes de l‟atelier sulfurique engendre une perte pour toute la division, ce qui se traduit par un manque à produire en acide sulfurique monohydrate (TMH), en P2O5, en vapeur HP et en énergie électrique (équivalente en MWH). Le tableau « 6 » représente la perte pour chaque ligne pendant l‟année étudiée. GHARIB SAMIRA
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Tableau 6 : Impact de la perte en vitesse sur la production de H2SO4, P2O5, Vapeur et en énergie. Famille des causes
LIGN EA
LIGN EB
LIGN EC
Engorgement de stockage acide Demande de la centrale Encrassement des filtres bougies Demande de la centrale Engorgement de stockage acide Bouchage des brûleurs Demande de la centrale Engorgement de stockage acide Augmentation de T° de palier avant Turbosoufflante Bouchage des brûleurs Encrassement du filtre à gaz chaud TMH : tonne monohydrate HP : vapeur haute pression
Manque à produire en H2SO4
Manque à produire en P2O5 (T)
Manque à produire en HP (T)
Manque en MWH
16 055 15 383
5 264 5 044
18 704 17 922
2 497 2 393
4 802
1 575
5 595
747
32 743 7 630 3 238 9 380 8 925
10 735 2 502 1 061 3 075 2 926
38 145 8 889 3 772 10 928 10 398
5 093 1 187 504 1 459 1 388
5 145
1 687
5 994
800
2 293
752
2 671
357
2 153
706
2 508
335
TA : tour de l’absorption TS : tour de séchage
MWH : Mégawatt heure
VII. Plan d’action Pour pallier aux différents problèmes évoqués dans le tableau 6, nous avons essayé de proposer certaines actions qui figurent dans le tableau ci-après. Tableau 7 : Action proposée pour la diminution des pertes rencontrées.
Causes Centrale thermique
Engorgement de stockage acide sulfurique
Bouchage des brûleurs
Actions 1. Renouvellement des condenseurs auxiliaires de la vapeur excédentaire, 2. Etablissement d‟un programme de bonne gestion des flux énergie/matière. 1. Bonne gestion des flux : Expéditions de l‟acide sulfurique et l‟échange avec les autres divisions, Expéditions de l‟acide phosphorique 30%, Alimentation de CAP par la vapeur provenant des autres divisions. 1. Programmer le changement des brûleurs bouchés au cours d‟un arrêt planifié, 2. Procéder au chauffage local de la zone bouchée. 3. Amélioration de la qualité de soufre liquide, 4. Amélioration de procédé de filtration de soufre liquide,
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Augmentation de la température de palier avant la turbo soufflante Encrassement du filtre à gaz chaud Encrassement des filtres bougies
5. Contrôle systématique de l‟état des purgeurs au niveau des conduites de transfert du soufre. 1. Vérification de l‟alignement, 2. Vérification de lubrification, 3. Changement systématique des coussinets et patins. 1. Nettoyage du filtre à gaz chaud. 1. Nettoyage des filtres bougies, 2. Changement des filtres bougies.
VII.1 Criblage des actions proposées Le principe consiste à choisir parmi la liste des solutions proposées celles les plus optimales et qui répondent au mieux à certains critères. Parmi les critères d‟évaluation visés, on trouve souvent l‟efficacité, le coût, la rapidité, la facilité de mise en œuvre, etc. Dans notre cas, nous avons tenu compte de la rapidité et de la facilité de mise en œuvre. Le classement des critères varie suivant le type de solution à mettre en œuvre.
A. Priorisation des solutions Dans un premier temps, nous avons réalisé les diagrammes de priorité afin de répartir les solutions, La réalisation de chaque solution dépend du temps et d‟effort. Pour définir la priorité de ces solutions les unes par rapport aux autres, il suffit de les placer sur les axes des graphiques ci-dessous. La solution qui correspond le mieux au critère étant celle qui a le moins du temps et le moins d‟effort.
B. Diagrammes de priorités B.1 Bouchage des brûleurs Le diagramme ci-après représente la répartition de solutions proposées pour le problème de bouchage des brûleurs.
Effort
GHARIB SAMIRA
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Plus
3
2
4
1 Moins 5 Temps
Moins
plus
Figure 17 : Diagramme de priorité pour le bouchage des brûleurs.
Interprétation : Les solutions optimums qui nécessitent moins d‟effort et moins de temps, et
-
qu‟on peut exécuter immédiatement sont : Contrôle systématique de l‟état des purgeurs au niveau des conduites de transfert du soufre, Changement des brûleurs bouchés au cours d‟un arrêt planifié ; - La solution nécessitant moins de temps et plus d‟effort sera le chauffage local de la zone bouchée. -
Les solutions 3 et 4 proposés dans le tableau 7 sont importantes, mais elles
sont reportées du fait de leurs critères, car elles exigent plus de temps et plus d‟effort.
B.2 . Augmentation de la température du palier avant soufflante GHARIB SAMIRA
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Effort
Plus
Moins
3
1 2 Temps Moins
Plus
Figure 18 : Diagramme de priorité pour l’augmentation de la T° du palier avant soufflante
Interprétation : Le diagramme fait clairement apparaitre que les deux actions sur lesquels on doit travailler en priorité sont : Vérification de l‟alignement. Vérification de lubrification. La troisième action (Changement systématique des coussinets et patins) vient après puis qu‟elle nécessite plus d‟effort. B.3 Encrassement du filtre à gaz chaud Effort
Plus
1
Moins
Moins
plus
Temps
Figure 19 : Diagramme de priorité pour l’encrassement du filtre à gaz chaud.
Interprétation : GHARIB SAMIRA
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La seule solution qu‟on peut appliquer pour résoudre le problème de l‟encrassement du filtre à gaz chaud est le tamisage du filtre, cette action nécessite un arrêt froid.
B.4 Encrassement des filtres bougie Effort
Plus
2
1
Moins
Moins plus Temps Figure 20 : Diagramme de priorité de l’encrassement des filtres bougies.
Interprétation : Suite à l‟analyse du diagramme ci-dessus, la solution pertinente qu‟il faut appliquer en premier est le nettoyage des filtres bougies, cette solution nécessite plus d‟effort mais rapide.
VII.2 Réalisation des actions définies Après priorisation des actions proposées, nous passons à l‟acte et réalisons concrètement ces actions. Dans les schémas ci-dessous, nous avons présenté pour chaque ligne la durée de perte en vitesse pour chaque cause principale, la date de réalisation des actions proposées, ainsi que le pourcentage de perte en vitesse avant et après l‟exécution des solutions. 1) Ligne A : Le schéma ci après représente l‟évolution de perte en vitesse engendré par les causes principales.
Expéditions d‟acide avec d‟autres divisions GHARIB SAMIRA 48
Changement des filtres MASTER bougiesGPM de la2012 Tour de séchage
Encrassement des filtres bougies
18,68%
27.50 %
Engorgement du stockage d’acide 5.94% 16,62% Novembre 2011
18,87%
20.55%
27.50%
Décembre 2011
Janvier 2012
Février 2012
Mars 2012
% de perte en vitesse par mois
Le schéma ci-dessus nous a permis de conclure que : 18,68% de perte en vitesse de la période allant de novembre 2011 jusqu‟au janvier 2012 est due au problème de l‟engorgement du stockage d‟acide. au début du mois février, le pourcentage de la perte accroît jusqu‟à 27,5%, cette augmentation est causée par l‟encrassement des filtres bougies de la tour de séchage. Le soulagement des bacs du stockage de l‟acide par l‟expédition avec d‟autres divisions (réaliser le début du mois de Mars) et le changement des filtres bougies de la tour de séchage permet de réduire la perte en vitesse de 27,5% à 5,94%.
2) Ligne B : Le schéma ci-dessous représente l‟évolution de pourcentage de perte en vitesse en fonction des causes principales qui sont : le bouchage des bruleurs et l‟engorgement de stockage acide sulfurique.
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16.47 % Engorgement de stockage
Mars
Avril
Août
Juillet
Octobre
16.49 %
16.25 %
Novembre
Décembre
% de perte en vitesse
: Bouchage des brûleurs
Interprétation : Pour faciliter l‟interprétation du graphe ci-dessus, nous avons récapitulé l‟évolution de perte en vitesse de la période allant du mois de Mars jusqu‟au Octobre de l‟année 2011. Le tableau suivant illustre les moyennes de la perte de vitesse au cours de la période des bouchages des brûleurs, les moyennes après la résolution du problème, ainsi que le gain en vitesse. Dates de bouchage des brûleurs 21/10/2011 25/08/2011-27/08/2011 16/07/2011-18/07/2011 20/07/2011-21/07/2011 10/04/2011-11/04/2011 17/04/2011 07/03/2011 22/03/2011-23/03/2011
Moyenne de perte en vitesse en % 16.00
Perte en vitesse après Gain en vitesse la résolution du en % problème en % 11.97 4.03
18.32 3.87 13.85 5.94 9.71 15.52 15.09
8.4 1.71 2.86 0 0 9.06 8.34
9.92 2.16 10.99 5.94 9.71 6.46 6.75
La conclusion qu‟on peut tirer de ce tableau est : Après le débouchage des brûleurs, on remarque une diminution en perte de vitesse, la réalisation de cette action nous permet d‟aller jusqu‟à 100% en cadence.
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3) Ligne C :
Débouchage des brûleurs
Arrêt froid Nettoyage du filtre à gaz chaud
Encrassement du filtre à gaz chaud Boucha ge des brûleurs
Augmentation de T° du palier avant soufflante
Augmentation de T° du palier avant Turbosoufflante 0.00% 14.88%
16.14%
Juin 2011
Juillet 2011
16.75% Août 2011
17.62 % Septembre 2011
12.85 % Octobre 2011
0%
% de Perte en vitesse par mois
D‟après le diagramme ci-dessus, on constate que la perte en vitesse augmente dès le début du mois de Juin. Cette perte en vitesse est due à l‟apparition des deux causes en parallèle, qui sont l‟encrassement du filtre à gaz chaud et l‟augmentation de température du palier avant soufflante. La résolution de ces derniers nécessite un arrêt froid pour nettoyer le filtre à gaz chaud. Après le démarrage, on a constaté une diminution de la perte de 17.62% à 12.85%, cette diminution est due à la résolution de problème de l‟encrassement du filtre à gaz chaud. Le 12.85% de perte en vitesse qui restait après le démarrage de la ligne est dû essentiellement à l‟augmentation de la température du palier avant soufflante, ce problème était fluctuant et persistait sans solution efficace. Le bouchage des brûleurs est une cause à ne pas négliger aussi.
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Actions réalisées le 06/04/2012 Changement des Coussinets et patins Vérification de l’alignement Vérification de lubrification
Echange de l‟acide sulfurique avec les autres divisions
Augmentation de T° de palier 14.78%
Emission SO2 par cheminée
Engorgement du stockage acide sulfurique 18.12% Janvier 2012
11.44%
9.12%
Février 2012
Mars 2012
4.1% Avril 2012
% de perte en vitesse
Dans le schéma ci-dessus, nous avons présenté la suite de l‟évolution de perte en vitesse durant la période allant du janvier 2012 jusqu‟au mois d‟avril de la même année. Dans cette période, deux causes principales sont apparues ; le problème de l‟engorgement du stockage d‟acide sulfurique qui influence sur la production par 18.12% de perte en vitesse pendant le mois du Janvier et 11.44% dans le mois de Février. Au début du mois de Mars et après le soulagement du stockage de l‟acide sulfurique, le pourcentage de la perte est diminué jusqu‟au 9.12%. Donc l‟action réalisée pour résoudre ce problème nous a permis de réduire 5.66 % de perte totale. Le 9.12% de perte qui reste après est due à l'apparition d'un autre problème qui est l‟augmentation de la température du palier avant de la soufflante. L‟application de l‟action proposée pour ce dernier ne s‟effectue qu‟au début du mois d‟Avril. La moyenne hebdomadaire de perte en vitesse après le changement des coussinets et patins plus la vérification de l‟alignement et de lubrification, se réduit jusqu‟au 4.12%. Donc cette action permet de réduire 5.02% de perte totale en vitesse. Le 4,12% de perte mentionnée au cours du mois d‟avril est due à l‟émission des gaz SO2 par la cheminée.
En récapitulant : les causes liées aux équipements ont été traitées, appliquées et analysées afin de vérifier leurs efficacités. Les solutions appliquées pour toutes les lignes ont donné des résultats satisfaisants. GHARIB SAMIRA
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Les causes qui sont les plus influents pour les trois lignes sont liées à la gestion ; engorgement du stockage de l‟acide sulfurique et la demande de la centrale nécessitant des actions à long terme (revoir la gestion de la centrale thermique) d‟une part et à des contraintes d‟autre part. Pour remédier au problème de l‟engorgement du stockage autre que l‟expédition de l‟acide sulfurique à d‟autres divisions, une action
à proposer est l‟augmentation de la
production de l‟acide phosphorique 30% pour consommer au maximum possible de l‟acide sulfurique. Il en résulte un problème de manque de vapeur nécessaire pour la production de l‟acide phosphorique 54%. La solution est d‟expédier l‟acide phosphorique 30% à d‟autres divisions pour le concentrer ou l‟alimentation de CAP par la vapeur provenant des autres divisions ou envisager l‟alimentation en énergie électrique par d‟autres sources d‟énergie à savoir les énergies renouvelables pour garder la vapeur nécessaire à l‟alimentation de CAP.
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CHAPITRE IV : ETUDE DU BILAN MATIERE
le
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Introduction Dans le but de contrôler la performance des équipements dont l‟atelier sulfurique dispose, ainsi que de vérifier le rendement de la production d‟acide sulfurique, le bilan matière a été établi dans cette partie.
Le bilan matière d’une ligne sulfurique Présentation des données La production journalière est égale à 1750 tonnes d‟acide sulfurique monohydraté. Le taux de conversion est de : 98% La concentration de l‟anhydride sulfureux (SO2) à la sortie du four est : 10 % en volume dans les gaz de combustion. M (O) = 16 g /mole, M (S) =32 g /mole, M (H) =1 g /mole La masse volumique du soufre : (s)= 2060 kg/m3 Volume molaire : Vm = 22.4 l l/mole. Masse volumique d‟acide sulfurique :
(H2SO4) = 1,8.103 kg/m3
Masse volumique d‟air sec : 1,1 kg/m3 La masse molaire de l‟air est de 29 g/mol. -
Production horaire d’acide sulfurique H2SO4 Production d‟acide sulfurique à 98.5% La production journalière d‟acide sulfurique est 1750 t pour chaque ligne titrant de
98,5 %. Donc la production horaire est : 1750 t
24 heures
P(H2SO4)
1 heure
P (H2SO4) 98.5% =
= 72.92 t/h
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Production d‟acide sulfurique à 100 % :
Le titre d‟acide sulfurique produit est de 98.5%, donc la production H2SO4 à 100% est égale à : P100%=
= 1724 t/j
P (H2SO4)100%
= 71.83 t/h
Le procédé de production de l‟acide sulfurique se résume en 3 étapes principales :
Combustion du soufre liquide : S + O2
SO2
Conversion de l’anhydride sulfureux en anhydride sulfurique : SO2 + ½ O2
SO3
Absorption de l’anhydride sulfurique: SO3 + H2O
H2SO4
Donc l‟équation bilan est: S
+
3/2 O2 + H2O
H2SO4
Air sec T° =50°C 21% (O2) 79% (N2) SOUFRE t
Q(S) = ? /h P1 = 12 bar T = 140°C
FOUR
Q (SO2) ? t/h Q ( N 2) Q (O2) ?
I. L’étape de combustion : a) Calcul des débits du soufre liquide:
Débit massique
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D‟après l‟équation bilan, on a une mole de soufre donne une mole d‟acide sulfurique monohydraté. Donc le débit massique de consommation du soufre est : QM(H2SO4) = QM(S) Avec:
Donc:
QM(S) =
et
Qm (S) =
QM (H2SO4) = * M(S)
Qm(S) = 23.80 t/h
Débit volumique
Le débit volumique est le rapport entre le débit massique et la masse volumique. Qv (S) = Qm(S)/ (s) = 23.80*103 / 2060 Qv(S) = 11.50 m3/h
b) Calcul des débits des gaz sortant du four Débit d’anhydride sulfureux formé Q (SO2) La réaction de combustion est : S + O2
SO2
Le rendement de cette combustion est supposé 100 %. D‟après cette réaction, une mole du soufre donne une mole d‟Anhydride sulfureux SO2, d‟où le débit massique de SO2 est : Qm (SO2) = [Qm (S) * M (SO2)] / M(S) = (23.80 *64) / 32 Qm(SO2) = 47.6 t/h
Si on assimile SO2 à un gaz parfait aux conditions normales de pression et de température et à un volume molaire de 22.41 l/mole on aura : Qv (SO2) = [Q m (SO2) * Vm] / M (SO2) Qv (SO2) = 17 010 Nm3/h GHARIB SAMIRA
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Débit volumique des gaz de sortie Le pourcentage de SO2 à la sortie du four est de 10 % en volume des gaz de sortie du four, donc le débit volumique total de ce dernier est : Qv (gaz) = 100/10 * Qv (SO2) Qv (gaz) = 170 100 Nm3/h c) Calcul de débit d’air entré dans le four Le débit de gaz sortie du four est égal approximativement au débit d‟air Q (air) à mettre en œuvre à l‟entrée du four : Qv(air)ef = Qv(gaz)sf Qv (air) ef = 170 100 Nm3/h Débit d’O2 et de N2 à l’entrée du four L‟air est composé de : - 21% en volume d‟O2 - 79% en volume d‟N2 Donc : Qv (O2) ef = (21 * Qv (air) ef) / 100 = 35 721 Nm3/h Qv (N2) ef = (79 * Qv (air) ef) / 100 = 134 379 Nm3/h d) Calcul du débit d’O2 sortie du four Le débit volumique de l‟oxygène à la sortie du four est la différence des débits volumique d‟oxygène à l‟entrée et consommé dans la combustion : Qv (O2) sf = Qv ef (O2) – Qv (O2) con Qv (O2) sf = 18 711 Nm3/h
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II.
Etape de la conversion:
Air sec T°=50°C Anhydride sulfureux Q (SO2) T = 220°C
Q (SO2)? Q (SO3)? N2 O2
Convertisseur
Débit d‟O2 consommé dans l‟étape de la conversion On a la réaction suivante :
SO2 + ½ O2
SO3
Donc le débit volumique d‟O2 consommé lors de la conversion de SO2 est égal à la moitié du débit volumique de SO2 transformé en SO3 en tenant compte du rendement de la conversion qui est de 98% : QV (O2) c.v = (Qv (SO2) /2) * (98/100) Qv (O2) c.v = (17 010 *98) / (2*100) = 8 334, 9 Nm3/h
Débit de SO3 formé: Qv (SO3) = [Qv (SO2) * 98)] / 100 Qv (SO3) = [17 010*98] / 100 = 16 669.8 Nm3/h Qv (SO3) = 16 669.8 Nm3/h
Débit d’O2 sortie cheminée Q(O2) ch
Le débit d‟O2 à la sortie de la cheminée est égal à la différence entre le débit d‟O2 à la sortie du four et le débit d‟O2 consommé lors de la conversion : QV (O2) sch. = QV (O2) s.f – QV(O2) c.v QV (O2)
sch.
= 18 711 – 8 334, 9
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QV (O2)s ch = 10 376,1 Nm3/h
Débit de N2 sortie de la cheminée
L‟azote N2 constitue 79 % en volume de l‟air à l‟entrée du four, et puisqu‟il ne subit aucune transformation (gaz inerte) donc son débit volumique à l‟entrée du four est le même que celui à la sortie de la cheminée. Débit du SO2 sortie cheminée Le débit du SO2 sortie de la cheminée est : QV (SO2) ch = [2 * QV(SO2)e.c] / 100 = [2 * 17 010] / 100 QV (SO2) ch = 340.2 Nm3/h
III.
Etape de l’absorption
H2SO4 (98.5%)
Anhydride sulfurique Q (SO3)
SO2 H2SO4 N2 O2
Tour d’absorption
Calcul du débit massique de l’eau dans la tour d’absorption
On a la réaction d‟absorption suivante :
SO3 + H2O
H2SO4
Donc le débit molaire de l‟acide sulfurique est égal le débit molaire de l‟eau : QM (H2O) = QM (H2SO4) Qm (H2O) = [Qm (H2SO4)* M (H2O)] / M (H2SO4) GHARIB SAMIRA
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Qm (H2O) = 13.4 t/h
Conclusion Le bilan matière d‟une ligne de production d‟acide sulfurique dans les conditions optimales en régime de 100 % se résume comme suit : Tableau 8 : Résumé du bilan matière Etape
Débit volumique d’entrée (m3/h)
Débit volumique de sortie (m3/h)
S
11.5
----
O2
35 721
18 711
N2
134 379
134 379
SO2
----
17 010
SO2
17 010
340.2
SO3
-----
16 669.8
O2
18 711
10 378.1
N2
134 379
134 379
SO3
16 669.8
-----
SO2
340.2
340.2
N2
134 379
134 379
O2
10 378.1
10 378.1
H2SO4 (98.5%)
1400
----
Elément
Combustion
Conversion
Absorption
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Conclusion générale
La période de stage que j‟ai passé à l‟atelier sulfurique au sein du Maroc phosphore II à Safi, m‟a permis de mettre en pratique et de concrétiser toutes les connaissances théoriques que j‟ai acquise jusqu‟à maintenant, et acquérir de nouvelles connaissances en la matière, ainsi j‟ai apprécié d‟être entrée en contact avec les experts du domaine qui m‟ont fait part de leurs expérience professionnelle et technique. C‟est aussi une occasion de traiter le problème le plus gênant de perte en vitesse au niveau de l‟atelier en appliquant une démarche structurée, c‟est la méthode de résolution des problèmes. En perspective de ce travail, il est utile de souligner la complexité du problème étudié puisqu‟il est lié à d‟autres ateliers (atelier phosphorique et la centrale thermoélectrique). De ce fait, un travail visant l‟atteinte des objectifs abordés dans le présent projet de fin d‟étude devrait disposer de beaucoup plus de temps. Ainsi, nous recommandons à ce que ce sujet soit repris, vu son intérêt économique, dans le cadre d‟une thèse de doctorat.
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Bibliographie
Mr BEN AZZOUZ & ZANOUN, Transfert d’expertise
(IDS/D/P/S/S) « CANEVAS ». Manuel opératoire tome I et tome II. http://dc338.4shared.com/doc/PYYTHs2M/preview.html http://dc147.4shared.com/doc/8HeAIbhr/preview.html WWW.WIKIPEDIA.COM www.ocpgroupe.ma http://www.univnancy2.fr/Amphis/images/films/GestQu al_ResolutionProblemes.pdf
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